(57)【要約】【課題】試料から特定のターゲット物質を抽出するなどのターゲット物質に対する処理過程を自動で行なうことができるターゲット物質の処理システム及び方法を提供する。【解決手段】ターゲット物質の処理システムは、ターゲット物質と反応する物質を貯蔵し、一つ以上のチャンバ及び上記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを含むカートリッジ、上記カートリッジを一つ以上搭載し回転する第１モジュール、上記一つ以上のバルブを選択的に開閉する第２モジュール、上記一つ以上のチャンバの温度を選択的に制御する第３モジュール、上記第１モジュール、第２モジュール及び第３モジュールを制御する制御モジュールを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット物質と反応する物質を貯蔵し、一つ以上のチャンバ及び前記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを含むカートリッジと、
前記カートリッジを搭載し回転する第１モジュールと、
前記一つ以上のバルブを選択的に制御する第２モジュールと、
前記一つ以上のチャンバの温度を選択的に制御する第３モジュールと、
前記第１モジュール、第２モジュール及び第３モジュールを制御する制御モジュールと、
を含むことを特徴とするターゲット物質の処理システム。
【請求項２】
前記第１モジュールは、
前記カートリッジが搭載されるロータ及び
前記ロータを回転させる回転駆動機を含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項３】
前記ロータは、前記カートリッジが結合される面を含み、
前記カートリッジが結合される面は、前記ロータの回転軸に対して傾斜していることを特徴とする請求項２に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項４】
前記カートリッジが結合される面は、前記ロータの回転軸に対し３０°ないし６０°の角度で傾斜していることを特徴とする請求項３に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項５】
前記回転駆動機は、前記ロータの回転方向を時計方向と反時計方向に代わる代わる回転させることを特徴とする請求項２に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項６】
前記時計方向と反時計方向のそれぞれの前記ロータの回転角度は、０．１°ないし３０°であることを特徴とする請求項５に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項７】
前記回転駆動機は、１Ｈｚないし１００Ｈｚの周波数で前記ロータの回転方向を切り替えることを特徴とする請求項５に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項８】
前記第１モジュールは、
前記回転駆動機に連結され前記回転駆動機の回転に対応する信号を生成する制御用検出器及び
前記制御モジュールによって制御され、前記制御用検出器で生成された信号を用いて前記回転駆動機を制御する第１制御器をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項９】
前記第２モジュールは、電磁波を発生させ前記一つ以上のバルブに電磁波を照射する電磁波発生器を含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１０】
前記第２モジュールは、
前記電磁波発生器を搭載し、前記カートリッジに対して移動する移送装置及び
前記制御モジュールによって制御され、前記電磁波発生器及び前記移送装置を制御する第２制御器をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１１】
前記第３モジュールは、
前記一つ以上のチャンバの温度を制御する温度調節ブロックと、
前記温度調節ブロックの温度を測定するセンサと、
前記制御モジュールによって制御され、前記センサで測定された温度によって前記温度調節ブロックの温度を制御する第３制御器と、
をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１２】
前記制御モジュールによって制御され、前記カートリッジを撮像して得た画像を前記制御モジュールに伝達する第４モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１３】
前記カートリッジ全体の温度を制御する第５モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１４】
前記カートリッジ内のターゲット物質の濃度を光学的に測定する第６モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１５】
前記ターゲット物質は、核酸を含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１６】
前記カートリッジは、複数のチャンバ及び前記複数のチャンバ間の複数のバルブを含むことを特徴とする請求項１に記載のターゲット物質の処理システム。
【請求項１７】
ターゲット物質と反応する物質を一つ以上のチャンバ及び前記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを含むカートリッジに注入するステップと、
前記カートリッジにターゲット物質を含む試料を注入するステップと、
前記カートリッジを回転させるステップと、
前記一つ以上のチャンバに連結された前記一つ以上のバルブを選択的に制御して、前記一つ以上のチャンバからターゲット物質を移動させるステップと、
前記一つ以上のチャンバの温度を選択的に制御するステップと、
を含むことを特徴とするターゲット物質の処理方法。
【請求項１８】
前記カートリッジ全体の温度を制御するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１７に記載のターゲット物質の処理方法。
【請求項１９】
前記一つ以上のバルブを選択的に制御するステップは、前記バルブに電磁波を照射するステップを含むことを特徴とする請求項１７に記載のターゲット物質の処理方法。
【請求項２０】
前記ターゲット物質は、核酸を含むことを特徴とする請求項１７に記載のターゲット物質の処理方法。
【請求項２１】
カートリッジの溶解チャンバ、結合チャンバ、洗浄チャンバ及び溶離チャンバにそれぞれ溶解バッファー、微粒子を含む結合バッファー、洗浄バッファー及び溶離バッファーを注入するステップと、
前記溶解チャンバにターゲット物質を含む試料を注入するステップと、
前記溶解チャンバを加熱するステップと、
試料を前記結合チャンバに移動させるステップと、
ターゲット物質を前記微粒子に結合させるステップと、
ターゲット物質及び結合された前記微粒子を捕集チャンバ内に捕集するステップと、
前記溶離チャンバを加熱するステップと、
前記加熱された溶離バッファーを前記溶離チャンバから前記捕集チャンバに移動させるステップと、
ターゲット物質を前記微粒子から分離させるステップと、
分離されたターゲット物質を含んだ流体を分離物収容チャンバに捕集するステップと、
を含むことを特徴とするターゲット物質の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット物質の処理システム及びターゲット物質の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、核酸を基礎にした分子診断方法の使用が増加しつつある。核酸を基礎にした分子診断方法は、精度及び敏感度に優れ感染性疾患や癌の診断、あるいは薬物遺伝体学などに活用され得る。核酸を抽出するための手段としては、自動化された核酸抽出装置を使用することができる。従来の核酸抽出装置は、マグネチック・ビード（ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｂｅａｄ）などのビードに付着させた試薬を利用して核酸を抽出する装置、及びフィルターを挿入したＥ−チューブなどを利用して核酸を抽出する装置を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３０８４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、試料から特定のターゲット物質を抽出するなどのターゲット物質に対する処理過程を自動で行なうことができるターゲット物質の処理システム及び方法を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理システムは、カートリッジと、第１モジュールと、第２モジュールと、第３モジュール、及び制御モジュールとを含む。カートリッジは、ターゲット物質と反応する物質を貯蔵し、一つ以上のチャンバ及び上記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを含む。第１モジュールは、一つ以上の上記カートリッジを搭載し回転する。第２モジュールは、上記一つ以上のバルブを選択的に制御する。第３モジュールは、上記一つ以上のチャンバの温度を選択的に制御する。制御モジュールは、上記第１モジュール、第２モジュール、及び第３モジュールを制御する。
【０００６】
本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理方法は、ターゲット物質と反応する物質を一つ以上のチャンバ及び上記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを含むカートリッジに注入し、上記カートリッジにターゲット物質を含む試料を注入し、上記カートリッジを回転させ、上記一つ以上のチャンバに連結された一つ以上のバルブを選択的に制御して上記一つ以上のチャンバからターゲット物質を移動させ、上記一つ以上のチャンバの温度を選択的に制御するように構成される。
【０００７】
本発明の他の実施形態によるターゲット物質の処理方法は、カートリッジの溶解チャンバ、結合チャンバ、洗浄チャンバ、及び溶離チャンバにそれぞれ溶解バッファー、微粒子を含む結合バッファー、洗浄バッファー、及び溶離バッファーを注入するステップと、上記溶解チャンバにターゲット物質を含む試料を注入するステップと、上記溶解チャンバを加熱するステップと、試料を上記結合チャンバに移動させるステップと、ターゲット物質を上記微粒子に結合させるステップと、ターゲット物質及び結合された上記微粒子を捕集チャンバ内に捕集するステップと、上記溶離チャンバを加熱するステップと、上記溶離バッファーを上記溶離チャンバから上記捕集チャンバに移動させるステップと、ターゲット物質を上記微粒子から分離させるステップ、及び分離されたターゲット物質を含んだ流体を分離物収容チャンバに捕集するステップとを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るターゲット物質の処理システム及び方法を用いれば、複数のモジュールを備えた一つのプラットホームを利用して核酸などの各種のターゲット物質に対する処理を自動で行うことができ、かつその処理歩留まりが高いという効果が得られる。また、遠心分離を行なうことができるため、プラスミドＤＮＡ（ｐｌａｓｍｉｄ  ＤＮＡ）などの物質に対する処理が可能となり、また、カートリッジの構造及び試薬の種類に応じて核酸の抽出及びポリメラーゼ連鎖反応（Ｐｏｌｙｍｅｒａｓｅ  Ｃｈａｉｎ  Ｒｅａｃｔｉｏｎ；ＰＣＲ）などの各種の工程を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理システムを示したブロック図である。
【図２ａ】本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理システムに含まれたカートリッジの一実施形態を示した前面斜視図である。
【図２ｂ】図２ａに示したカートリッジの一実施形態の平面図である。
【図２ｃ】両面テープを利用してカートリッジを製作する方法の一実施形態を示した図である。
【図３ａ】開バルブの動作を例示的に示した断面図である。
【図３ｂ】開バルブの動作を例示的に示した断面図である。
【図４ａ】閉バルブの動作を例示的に示した断面図である。
【図４ｂ】閉バルブの動作を例示的に示した断面図である。
【図５ａ】本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理システムにおけるロータと実施形態によるカートリッジとの結合形態の一実施形態を示した前面斜視図である。
【図５ｂ】図５ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】本発明の一実施形態によるターゲット物質の処理方法の各ステップを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について具体的に説明する。なお、本発明の技術的範囲が次の実施形態によって制限されるものではない。
【００１１】
図１は、一実施形態によるターゲット物質の処理システムの構成を示したブロック図である。
【００１２】
図１を参照すれば、ターゲット物質の処理システムは、カートリッジ７０、第１モジュール１０、第２モジュール２０、第３モジュール３０及び制御モジュール８０を含む。カートリッジ７０には、ターゲット物質を含む試料及びターゲット物質と反応する試薬を注入する。ターゲット物質は、特定の物質に制限されない。例えば、ターゲット物質は、核酸、タンパク質、ペプチド、抗体、ホルモン、他の適当な物質、またはこれらの組合せを含むことができる。核酸は、ＤＮＡまたはＲＮＡを含み得る。ターゲット物質を含む試料の実施形態は、例えば、細胞懸濁液、血液、尿、唾液、他の適当な物質、またはこれらの組合せを含むことができる。カートリッジ７０は、プラスチック、金属、重合体、他の適当な物質、またはこれらの組合せからなる。カートリッジ７０は、一つ以上のチャンバ及びチャンバに連結された一つ以上のバルブを含むことができる。カートリッジが複数のチャンバを含む実施形態においては、各チャンバ間に一つ以上のバルブが位置することもできる。カートリッジ７０の構造については、図２ａないし図２ｃを参照して詳しく後述する。
【００１３】
第１モジュール１０は、一つ以上のカートリッジ７０を搭載し回転することができる。第１モジュール１０がカートリッジ７０を搭載し回転することにより、カートリッジ７０内の物質が、例えば、物理的な運動により、互いに混ぜ合わせられるように、または物質が互いに反応し合うようにすることができる。例えば、含まれている核酸をカートリッジ７０内の試薬と反応させることができる。
【００１４】
一実施形態における第１モジュール１０は、ロータ１００及び回転駆動機１０１を含むことができる。ロータ１００には、一つ以上のカートリッジ７０が搭載される。ロータ１００は、回転駆動機１０１に連結し、回転駆動機１０１から提供される駆動力によって回転させることができる。回転駆動機１０１の実施形態は、ステップモーター、直流モーター、交流モーター、または他の適当なモーターであればよい。
【００１５】
第１モジュール１０は、第１制御器１０２及び制御用検出器１０３をさらに含む。制御用検出器１０３は、回転駆動機１０１に連結されて回転駆動機１０１の回転に対応する信号を生成することができる。一実施形態における制御用検出器１０３は、光学式エンコーダ及び/または磁気式エンコーダである。上記信号は、回転駆動機１０１の回転速度、回転角度、回転方向、または他の関連パラメータの少なくとも一つ以上を含む回転駆動機１０１の回転の特性に対応すればよい。第１制御器１０２は、制御モジュール８０によって制御され、制御用検出器１０３から受信した信号を用いて回転駆動機１０１を制御するための制御信号を生成することができる。制御信号の実施形態はパルス信号を含む。第１制御器１０２は、制御信号によって回転駆動機１０１を制御することができる。一実施形態における第１制御器１０２は、回転駆動機１０１の回転速度、回転角度、または回転方向などを制御することができる。
【００１６】
第２モジュール２０は、カートリッジ７０に含まれたバルブを開閉することができる。その結果、ターゲット物質がカートリッジ７０内の一つ以上のチャンバのうち目的とするチャンバに位置するように試料の流れを制御することができる。また、カートリッジ７０内に貯蔵された試薬を、目的とするチャンバに移動させることができる。
【００１７】
第２モジュール２０は、電磁波発生器２００を含む。一実施形態にける電磁波発生器２００は、カートリッジ７０に含まれたバルブに電磁波を照射することにより、バルブを開閉することができる。なお、カートリッジ７０内のバルブが電磁波ではない別の動力によって制御される実施形態の場合、第２モジュール２０は、別のバルブ制御手段を含むこともできる。第２モジュール２０は、移送装置２０１及び第２制御器２０２をさらに含む。移送装置２０１は、第２制御器２０２によって制御され、電磁波発生器２００を搭載することができる。第２制御器２０２は、制御モジュール８０の制御によって移送装置２０１及び電磁波発生器２００を制御することにより、カートリッジ７０内の目的とするバルブを開閉することができる。
【００１８】
第３モジュール３０は、カートリッジ７０内の一つ以上のチャンバのうち所定のチャンバの温度を制御することができる。特に、カートリッジ７０に二つ以上のチャンバが含まれれば、各チャンバの温度は個別的に制御され得る。ターゲット物質及び試薬の種類によっては、ターゲット物質の処理のために特定の温度が最適である場合がある。第３モジュール３０によってカートリッジ７０内の当該チャンバの温度を制御することにより、ターゲット物質に対して目的とする反応を起こさせることができる。
【００１９】
第３モジュール３０は、温度調節ブロック３００、移送装置３０１、第３制御器３０２及びセンサ３０３を含む。温度調節ブロック３００は、カートリッジ７０に含まれた一つ以上のチャンバの温度を制御するための装置であればよい。一実施形態における温度調節ブロック３００は、ペルチェ素子（Ｐｅｌｔｉｅｒ  ｅｌｅｍｅｎｔ）または他の適当な加熱及び冷却手段を含むことができる。移送装置３０１は、温度調節ブロック３００を搭載することができ、かつカートリッジ７０に対して移動することができる。センサ３０３は、温度調節ブロック３００の温度を測定することができる。第３制御器３０２は、制御モジュール８０によって制御され、センサ３０３で測定された温度によって温度調節ブロック３００の動作を制御することができる。また、第３制御器３０２は、温度調節ブロック３００がカートリッジ７０の目的とするチャンバに隣接して位置するように移送装置３０１を制御することができる。
【００２０】
ターゲット物質の処理システムは、カートリッジ７０内のターゲット物質の処理過程をモニタするための第４モジュール４０を含む。一実施形態における第４モジュール４０は、カートリッジ７０を撮像するためのカメラ４００を含む。カメラ４００によって撮像された情報は制御モジュール８０に伝送することができる。第４モジュール４０は、移送装置４０１、第４制御器４０２及び光源４０３をさらに含む。光源４０３によってカートリッジ７０に周期的に光を印加しながらカメラ４００によってカートリッジ７０を撮像することができる。一実施形態における光源４０３は、ストロボスコープであってもよい。第４制御器４０２は、制御モジュール８０によって制御され、カメラ４００及び移送装置４０１を制御することにより撮像位置及び動作を制御することができる。
【００２１】
ターゲット物質の処理システムは、実質的にカートリッジ７０全体の温度を制御する第５モジュール５０を含む。ＲＮＡのような幾つかの物質がターゲット物質または資料として使用される場合、実質的にカートリッジ７０全体が所定の温度を保持することが最適である場合がある。第５モジュール５０は、実質的にカートリッジ７０全体の温度を所定の温度に制御することができる。第５モジュール５０は、温度調節器５００、センサ５０１及び第５制御器５０２を含む。センサ５０１は、温度調節器５００の温度を測定することができる。第５制御器５０２は、制御モジュール８０によって制御され、センサ５０１によって測定された温度で温度調節器５００を制御することにより、実質的にカートリッジ７０全体の温度を所定の温度に制御することができる。他の実施形態における第５モジュール５０は、カートリッジ７０を含むシステム全体の温度を所定の温度に制御することもできる。
【００２２】
ターゲット物質の処理システムは、ターゲット物質の濃度を光学的に測定する第６モジュール６０を含む。ターゲット物質が核酸である一実施形態の場合、核酸抽出が終わった後、抽出された核酸が入っているチャンバに適当な試薬を添加し、第３モジュール３０を利用してＰＣＲ工程を行なうこともできる。このとき、第６モジュール６０を使用してチャンバ内の増幅された核酸の濃度をリアルタイムで確認することができる。
【００２３】
第６モジュール６０は、光信号検出器６００、移送装置６０１、第６制御器６０２及び光源６０３を含む。移送装置６０１は、光源６０３及び光信号検出器６００を移送してカートリッジ７０の目的とするチャンバに隣接して位置させることができる。一実施形態における上記目的とするチャンバは、ＰＣＲ工程が行なわれるチャンバである。光源６０３は、当該チャンバに光を照射することができ、光信号検出器６００は、当該チャンバから放出された蛍光を検出し、当該チャンバ内の核酸の濃度を測定することができる。第６制御器６０２は、制御モジュール８０によって制御され、光源６０３、光信号検出器６００及び移送装置６０１の動作を制御することができる。
【００２４】
制御モジュール８０は、第１ないし第６モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０を制御することができる。一実施形態における制御モジュール８０は、第１ないし第６制御器１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２のそれぞれを制御することにより、第１ないし第６モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０を制御することができる。制御モジュール８０は、有線または無線で第１ないし第６制御器１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２と信号を送受信することができる。一実施形態における制御モジュール８０は、あらかじめ設定されたターゲット物質の処理過程によって各モジュール１０、２０、３０、４０、５０、６０を制御することができる。一実施形態における制御モジュール８０は、コンピューターなどの演算装置を含んでいる。
【００２５】
図２ａは、一実施形態によるターゲット物質の処理システムに含まれるカートリッジの一実施形態を示した前面斜視図である。図２ａを参照すれば、カートリッジ７０は、一つ以上のチャンバを含む板または基板状の形状を有している。一実施形態における一つ以上のチャンバは、カートリッジ７０の一部をエッチングしてなる。各チャンバは、チャンネルを介して連結されており、チャンネルを介した流体の流れは、一つ以上のバルブによって制御することができる。カートリッジ７０は、チャンバ、チャンネル及びバルブなどが形成された板を覆うための板７２（図２ｃ参照）をさらに含むこともできる。一実施形態におけるカートリッジ７０の各板は、透明な材料からなっている。
【００２６】
図２ｂは、図２ａに示されたカートリッジ７０の一実施形態の平面図である。図２ｂを参照すれば、カートリッジ７０は、溶解（ｌｙｓｉｓ）チャンバ７０１、結合チャンバ７０２、捕集チャンバ７０３、洗浄チャンバ７０４、ウエイスト（ｗａｓｔｅ）チャンバ７０５、溶離（ｅｌｕｔｉｏｎ）チャンバ７０６、及び分離物収容（ｅｌｕａｔｅ）チャンバ７０７を含むことができる。各チャンバは、チャンネル７４１、７４２、７４３、７４４を介して互いに接続することができる。
【００２７】
チャンネル７４１、７４２、７４３、７４４を介した流体の流れは、第１ないし第７バルブ７１１〜７１７によって制御することができる。第１ないし第３バルブ７１１、７１２、７１３、第６バルブ７１６、及び第７バルブ７１７は、開バルブである。開バルブとは、正常状態で流体の流れを遮断するものの、開放されると、流体が流れるようにするバルブのことを意味する。一実施形態における第１ないし第３バルブ７１１、７１２、７１３、第６バルブ７１６、及び第７バルブ７１７は、外部からのエネルギーを吸収して開放される。すなわち、第１ないし第３バルブ７１１、７１２、７１３、第６バルブ７１６、及び第７バルブ７１７の開閉を制御して各バルブに接続されたチャンネルに流体が流れるようにすることができる。一方、第４及び第５バルブ７１４、７１５は、閉バルブである。閉バルブとは、正常状態で流体の流れを許容するものの、閉められると、流体の流れを遮断するバルブのことを意味する。一実施形態における第４及び第５バルブ７１４、７１５は、外部からのエネルギーを吸収して閉められる。すなわち、第４及び第５バルブ７１４、７１５の開閉を制御して各バルブに連結されたチャンネルを介した流体の流れを遮断することができる。
【００２８】
図２ｃは、カートリッジ７０を製作するための方法の一実施形態を示す図である。図２ｃを参照すれば、カートリッジ７０は、下板７１と上板７２をそれぞれ加工した後、両面テープ７３を利用して下板７１と上板７２とを貼り合わせて製作することができる。一実施形態における下板７１及び上板７２は、ポリカーボネートプレートにコンピューター数値制御（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ；ＣＮＣ）機械またはその他の適当な方法を利用して加工することができる。
【００２９】
図３ａ及び図３ｂは、開バルブの動作を例示的に示した断面図である。図３ａを参照すれば、開バルブは、常温（例えば、大気温度または室内温度）で固体状態であるバルブ物質V１を含むことができる。バルブ物質V１は、溶融された状態で注入口Ａから注入された後、固化される。バルブ物質V１は、固化された状態においては、外部からのエネルギー（例えば、電磁波）を吸収する前には流体が流れられないようにチャンネルＣを閉める。
【００３０】
図３ｂを参照すれば、バルブ物質V１は、外部からのエネルギー（例えば、電磁波）の吸収によって溶融される。一実施形態におけるバルブ物質V１は、高温で溶融される。バルブ物質V１が溶融されチャンネルＣ内の空間に移動することにより、チャンネルＣが開放する。
【００３１】
一実施形態におけるバルブ物質V１は、常温（例えば、室内温度）で固体である相転移物質を含むことができる。相転移物質の実施形態は、ワックス、ゲル、熱可塑性樹脂、または他の適当な物質を含むことができる。一実施形態におけるバルブ物質V１は、微晶質ワックス、天然ワックス、合成ワックス、フェロワックス（ｆｅｒｒｏ  ｗａｘ）、または他の適当な物質からなる。
【００３２】
一実施形態におけるバルブ物質V１に印加されるエネルギーは、電磁波であってもよい。一実施形態によるターゲット物質の処理システムにおける第２モジュール２０は、電磁波発生器２００のように電磁波を印加するための装置を含むことができる。一実施形態における第２モジュール２０は、レーザービームを照射するレーザー光源、可視光線または赤外線を照射する発光ダイオード、キセノン・ランプ、または他の適当な電磁波生成装置を含むことができる。第２モジュール２０に含まれる電磁波発生器２００は、カートリッジ７０に使用されたバルブ物質V１の種類に応じて選択すればよい。
【００３３】
図４ａ及び図４ｂは、閉バルブの動作を例示的に示した断面図である。図４ａを参照すれば、閉バルブは、チャンネルＣ、チャンネルＣの一部分に接続されたバルブチャンバＶｃ、及び注入口ＡからバルブチャンバＶｃ内に充填されるバルブ物質V２を含むことができる。一実施形態におけるバルブ物質V２は、開バルブのバルブ物質V１（図３ａ、図３ｂ）と同じ物質であるか、または別の物質であってもよい。外部エネルギーが供給される前には、バルブ物質V２がバルブチャンバＶｃ内に存在するため、チャンネルＣは開放状態を保持する。
【００３４】
図４ｂを参照すれば、バルブ物質V２に外部エネルギーが供給されると、バルブ物質V２が溶融及び膨張し、該溶融及び膨張したバルブ物質V２は、チャンネルＣに流れ込む。チャンネルＣに流れ込んだバルブ物質V２が再び凝固しながら、チャンネルＣを介した流体の流れを遮断する。
【００３５】
図５ａは、一実施形態によるターゲット物質の処理システムにおける、ロータ１００とカートリッジ７０との結合形態を示した斜視図であり、図５ｂは、図５ａのＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５ａ及び図５ｂにおけるロータ１００の形状は、ロータ１００とカートリッジ７０との結合形態を示すために簡略に図示しており、ロータ１００は他の形状を有してもよい。実際のロータ１００の形状は図５ａ及び図５ｂに示されたものと異なることもあることを当業者であれば理解できるであろう。
【００３６】
図５ａを参照すれば、ロータ１００には一つ以上のカートリッジ７０を搭載することができる。ロータ１００は、回転駆動機１０１（図１参照）に連結され回転軸１００１を中心に回転することができる。ロータ１００は、回転軸１００１を中心にいずれか一方向（例えば、Ｄ１“時計方向”またはＤ２“反時計方向”）に回転することができる。他の実施形態は、ロータ１００が、回転軸１００１を中心に両方向（Ｄ１及びＤ２）に交互に回転する構成を含むこともできる。ロータ１００が両方向に交互に回転する実施形態の場合、両方向のそれぞれのロータ１００の回転角度は、約０．１°ないし約３０°である。実施形態は、ロータ１００の各方向の回転角度が互いに同じであるか、または互いに異なる構成を含んでもよい。ロータ１００の回転方向は、所定の周期にて切り替えることもできる。一実施形態におけるロータ１００の回転方向は、約１Ｈｚないし約１００Ｈｚの周波数に応じて切り替えられてもよい。
【００３７】
図５ｂを参照すれば、ロータ１００は、カートリッジ７０が結合される面１００２を含む。ロータ１００におけるカートリッジ７０が結合される面１００２は、回転軸１００１に対して傾斜している。すなわち、カートリッジ７０が結合される面１００２と回転軸１００１とは、所定の角度θをなしている。上記角度θは、約０°ないし約９０°の所定の角度であればよい。一実施形態における上記角度θは、約３０°ないし約６０°であってもよい。
【００３８】
図６は、一実施形態によるターゲット物質の処理システムを利用したターゲット物質の処理方法の各ステップを示したフローチャートである。図６は、ターゲット物質が核酸である場合における、核酸を抽出するためのターゲット物質の処理方法を示している。
【００３９】
説明の便宜のために、図１、図２、及び図６を参照して上記ターゲット物質の処理方法について説明する。一実施形態において、カートリッジ７０の溶解チャンバ７０１、結合チャンバ７０２、洗浄チャンバ７０４、及び溶離チャンバ７０６に、それぞれ溶解バッファー、微粒子を含む結合バッファー（ｂｉｎｄｉｎｇ  ｂｕｆｆｅｒ）、洗浄バッファー、及び溶離バッファーを注入する（ステップＳ１）。
【００４０】
溶解バッファーは、試料に含まれた細胞の細胞膜または細胞壁を溶解して細胞内の核酸を露出するための物質であればよい。一実施形態における溶解バッファーは、酢酸ナトリウムまたは他の適当な物質であればよい。微粒子は、露出された核酸に特異的に結合される物質であればよい。一実施形態における微粒子は、溶液の酸度ｐＨによって電荷の極性が変わる表面（ｃｈａｒｇｅ−ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  ｓｕｒｆａｃｅ；ＣＲＳ）を有するビードであればよい。一実施形態におけるＣＲＳビードは、アミン系列物質のような陽イオン性のイオン化グループ物質及びカルボキシ系列物質のような陰イオン性のイオン化グループ物質を含み、所定の酸度未満では陽電荷を呈し、所定の酸度以上では陰電荷を呈する物質であればよい。
【００４１】
洗浄バッファーは、微粒子及び核酸を除く他の副産物を洗浄するための物質であればよい。一実施形態における洗浄バッファーは、トリス−ＨＣＬまたは他の適当な物質であればよい。溶離バッファーは、微粒子に結合された核酸を分離するための物質であればよい。一実施形態における溶離バッファーは、トリス−ＨＣＬ−ＥＤＴＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅｔｅｔｒａａｃｅｔｉｃ  ａｃｉｄ）バッファー、または他の適当な物質であればよい。
【００４２】
次いで、溶解チャンバ７０１に核酸を含む試料を注入する (ステップＳ２)。このとき、溶解バッファーと試料とが混ざり合い易いようにするためにカートリッジ７０が搭載された第１モジュール１０を時計方向及び反時計方向に繰返して回転させる。次いで、試料の溶解が起こるようにするために溶解チャンバ７０１を加熱する（ステップＳ３）。一実施形態において、第３モジュール３０の温度調節ブロック３００を溶解チャンバ７０１に隣接して位置させることにより、溶解チャンバ７０１を加熱することができる。実施形態は溶解チャンバ７０１が回転するか、または停止している間、温度調節ブロック３００が溶解チャンバ７０１に隣接して位置する構成を含むことができる。
【００４３】
試料が溶解され核酸が露出されると、これを結合チャンバ７０２に移送させる（ステップＳ４）。まず、第２モジュール２０の電磁波発生器２００を利用して第１バルブ７１１に電磁波を照射する。第１バルブ７１１に電磁波が照射されると、第１バルブ７１１を構成するバルブ物質が溶融される。次いで、カートリッジ７０を回転させると、遠心力によって溶融されたバルブ物質が溶解チャンバ７０１または結合チャンバ７０２に移動しながら第１バルブ７１１が開放する。これにより、溶解チャンバ７０１内の試料が結合チャンバ７０２に移動する。
【００４４】
試料が結合チャンバ７０２に移動すると、試料内の核酸を結合チャンバ７０２内の微粒子に結合させることができる。一実施形態において、第２モジュール２０を利用してカートリッジ７０を時計回り及び反時計回りの方向に繰り返し回転させることにより核酸を微粒子に結合させることができる。
【００４５】
核酸が微粒子に結合されると、これを含む試料を捕集チャンバ７０３に移送させる（ステップＳ６）。まず、第２バルブ７１２に電磁波を照射してバルブ物質Ｖ１を溶融させる。次に、カートリッジ７０を回転させることにより結合チャンバ７０２内の試料をチャンネル７４１を介して捕集チャンバ７０３に移動させる。捕集チャンバ７０３の出口にはフィルター７２０を設けることができる。フィルター７２０としては、微粒子は遮断し流体のみを通過させる程度の目の粗さのものであればよい。一実施形態におけるフィルター７２０として、グラスウールが挙げられる。微粒子に結合された核酸はフィルター７２０を通過することができず、捕集チャンバ７０３内に捕集される。
【００４６】
次に、洗浄チャンバ７０４内の洗浄バッファーを捕集チャンバ７０３からウエイストチャンバ７０５に移動させる（ステップＳ７）。第３バルブ７１３に電磁波を照射しカートリッジ７０を回転させると、洗浄チャンバ７０４内の洗浄バッファーがチャンネル７４３を介して捕集チャンバ７０３に移動する。洗浄バッファーが捕集チャンバ７０３を通過し、核酸及び微粒子を除く副産物はフィルター７２０を通過してウエイストチャンバ７０５に移動することができる。しかし、微粒子に結合された核酸は、フィルター７２０を通過することができないため、捕集チャンバ７０３内には微粒子と微粒子に結合された核酸だけが残るようになる。
【００４７】
後続の工程において捕集チャンバ７０３内の微粒子及び核酸が結合チャンバ７０２へと逆流することを防止するために、第４バルブ７１４に電磁波を照射してチャンネル７４１を介した結合チャンバ７０２の出口を閉鎖する（ステップＳ８）。また、微粒子及び核酸がウエイストチャンバ７０５に移動することを防止するために、第５バルブ７１５に電磁波を照射してウエイストチャンバ７０５を閉鎖する（ステップＳ８）。
【００４８】
次に、溶離バッファーが貯蔵された溶離チャンバ７０６を加熱する（ステップＳ９）。一実施形態において、第３モジュール３０の温度調節ブロック３００を溶離チャンバ７０６に隣接して位置させることにより、溶離チャンバ７０６を加熱することができる。溶離チャンバ７０６内の溶離バッファーが加熱されると、溶離バッファーを利用して核酸を微粒子から分離させることができる。溶離チャンバ７０６の出口に位置した第６バルブ７１６に電磁波を照射し、カートリッジ７０を回転させて溶離バッファーを捕集チャンバ７０３に移動させることができる（ステップＳ１０）。溶離バッファーによって微粒子の極性が変わり得、その結果、核酸が微粒子から分離することができる。パッシブバルブ７３０は、所定の圧力以上で開かれるバルブであって、溶離バッファーが十分に微粒子を浸すようにする役割を果たす。
【００４９】
微粒子から分離された核酸は、分離物収容チャンバ７０７に移動させる（ステップＳ１１）。分離物収容チャンバ７０７の入口に位置する第７バルブ７１７に電磁波を照射し、カートリッジ７０を回転させることにより、捕集チャンバ７０３内の核酸が含まれた流体は分離物収容チャンバ７０７に移動することができる。
【００５０】
以上、一実施形態によるターゲット物質の処理システムを利用して試料から核酸を抽出する処理過程について説明した。ターゲット物質の処理システムは、カートリッジを回転させて遠心力を加えることができるため、プラスミドＤＮＡなどの核酸の分離工程を行なうこともできる。また、カートリッジの構造及びカートリッジに貯蔵された試薬の種類によっては、ターゲット物質の処理システムを別のターゲット物質の抽出または分析に使用することもできる。実施形態はターゲット物質の処理システムを利用してＰＣＲ工程または別の工程を行なう構成を含むこともできる。
【００５１】
以上、本発明を図面に示された実施形態を参照して説明したが、かかる実施形態は例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば各種の変形及び実施の形態の変形が可能であることが理解できるであろう。なお、かかる変形は、本発明の技術的保護範囲内に属するものと見なされるべきである。よって、本発明の実質的な技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきである。
【符号の説明】
【００５２】
１  核酸処理システム、
１０  第１モジュール、
２０  第２モジュール、
３０  第３モジュール、
７０  カートリッジ、
８０  制御モジュール、
１００  ロータ、
１０１  回転駆動機、
１０２  第１制御器、
１０３  制御用検出器。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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